一种耐硫酸用铁素体不锈钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种耐硫酸用铁素体不镑钢及其制造方法，所制得铁素体不镑钢可W 应用于各种与硫酸接触的环境，如制造硫酸工业用的培、罐、槽、管线和酸冷器等设备，W及 石油化工等行业中的含硫废气烟画、烟道、废气脱硫装置等。
【背景技术】
[0002] 硫酸在国民经济中的应用十分广泛，是化肥工业、化纤工业、有色冶金工业W及各 种有机和无机化学工业的重要原料。硫酸是一种腐蚀性很强又极为复杂的工艺酸。所W无 论是硫酸生产厂家还是使用部口，都面临着令人头痛的腐蚀问题。
[0003] 硫酸腐蚀的一个重要特点是随着温度和浓度的不同或呈氧化性或呈还原性，腐蚀 过程十分复杂，给选材和新材料的研究带来很大困难。硫酸虽然是一种含氧酸，但稀硫酸和 中等浓度的硫酸的氧化性较弱，因而属于还原性酸。而浓硫酸，特别是热浓硫酸则具有很强 的氧化性，因此属于氧化性酸。
[0004] 由于硫酸的此种特性，在选用耐硫酸不镑钢时随硫酸浓度、温度的不同，所选牌号 亦不同。
[0005] 一般说来，不含Mo的不镑钢，例如18-8型的化-Ni奧氏体不镑钢，不能用于耐硫 酸腐蚀；而含Mo2~3%的0Crl7Nil2Mo2、00Crl7Nil4Mo2等，是可供选用的耐硫酸的最低 牌号；同样含Mo2~3%的一些双相不镑钢，例如00化25Ni6Mo2N等的耐硫酸性能相当或优 于含Mo2~3%的奧氏体钢；而用Mo,化，Si (3~4% )的Η元素复合金化的化-Ni奧氏体 钢和双相不镑钢则是耐硫酸不镑钢中性能更佳，使用范围更宽的一类。
[0006] 截至目前为止，高牌号耐硫酸不镑钢，例如0化23Ni28Mo3化3Ti， lCr24Ni20Mo2Cu3 (K 合金）、0Cr20Ni29Mo3 Cu4 (Ca巧enter-20)等主要用于常压下耐 80°C W下的各种浓度硫酸。
[0007] 但是，在90% -98%的高温浓硫酸中，根据使用温度和浓度，只有选用高Si化％ ) 不镑钢才能取得满意的结果，如00化17Nil7Si6和00化18Ni20Si6Mo化，但一旦遇到稀硫 酸，高娃不镑钢的耐蚀性会显著下降。
[0008] 现有的耐硫酸腐蚀用不镑钢主要W高Ni奧氏体不镑钢和双相不镑钢为主，都含 有大量的贵重金属Ni，成本高、加工制造难度大、耐硫酸浓度范围窄。
[0009] 目前，与耐硫酸用不镑钢及其制造方法相关的专利如下：
[0010] 日本专利JP62174349A和JP2008190009A为常规铁素体不镑钢，生产过程中耐硫 酸酸洗性能较好，表面缺陷少，但是不能作为硫酸生产设备、器皿等用材料；
[0011] 日本专利JP2009035813和中国专利CN200880021063. 8相同，都为中館铁素体不 镑钢，不含Mo、Ti等合金元素，耐硫酸腐蚀性能有限，只能耐10% W下的硫酸；
[001 引 中国专利 CN201110134627. 2、CN95110069. 6 和 CN03141708. 6 能够耐一定浓度的 硫酸腐蚀，但是都含有大量的贵重金属Ni元素，属于奧氏体不镑钢，价格昂贵；
[0013] 中国专利201110300454. 7为耐浓硫酸的铁素体不镑钢，佩单稳定，未添加 Ti、A1、 V、Ni等元素，冲击初性和焊接性不足，且只能耐98%的浓硫酸，对稀硫酸的耐蚀性一般。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提供一种耐硫酸用铁素体不镑钢及其制造方法，该铁素体不镑 钢能够耐浓度为5~98wt %，温度在6(TC W下的硫酸的腐蚀；具有较好的冲击初性，初脆 转变温度比常规铁素体不镑钢降低3(TC左右；具有良好的焊接性能，焊缝塑性提高10% W 上；具有高的耐点蚀当量（PREN > 38)和优异的耐腐蚀性能。其耐腐蚀性能远优于常规铁 素体不镑钢，相当于超级奧氏体不镑钢和媒基合金。可替代部分价格高昂的超级奧氏体不 镑钢、双相不镑钢、高Si奧氏体不镑钢和媒基合金等，可W应用于各种和硫酸接触的环境， 如制造硫酸工业用的培、罐、槽、管线和酸冷器等设备，W及石油化工等行业中的含硫废气 烟画、烟道、废气脱硫装置等。
[0015] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0016] 本发明通过合适的化、Mo含量，超低的C、N含量，采用Ti、佩双稳定化固定钢中 的C、N，并控制钢中的S、0等杂质元素等措施实现高耐硫酸腐蚀性能和良好加工性能；通过 添加适量的Ni和微合金化元素 V，并通过生产工艺控制来避免脆性析出相的产生，从而保 证钢种具有较好的低温冲击初性；通过添加适量的Ti和微量的A1，改善焊缝塑性、焊缝抗 氧化性能和焊缝耐腐蚀性能。最终实现一种具有高耐硫酸腐蚀性、高初性、良好焊接性的耐 硫酸用铁素体不镑钢。
[0017] 具体地，本发明的一种耐硫酸用铁素体不镑钢，其化学成分重量百分比为；C: 0. 002 ~0. 015%，N ;0. 002 ~0. 015%，Si ;0. 2 ~1. 0%，Mn ;0. 2 ~0. 5%，P《0. 030%, S《0. 003%，Cr ;28 ~30%，Ni ;1. 5 ~3. 0%，M〇 ;2. 0 ~4. 0%，V ;0. 1 ~0. 3%，Ti ;0. 10 ~ 0. 30 %，佩；0. 2 ~0. 5 %，A1 ;0. 05 ~0. 1 %，且 Cr+3. 3*Mo > 38 %，Ti+佩 > 16 (C+脚， 0《0. 005%，其余为化和不可避免的杂质。
[0018] 进一步地，所述不镑钢耐硫酸浓度为5~98wt%，所述硫酸温度《60°C。
[0019] 另，所述铁素体不镑钢耐点蚀当量PREN > 38。
[0020] 在本发明的耐硫酸用铁素体不镑钢成分设计中：
[0021] 化和Mo的作用：化是不镑钢中最重要的合金元素，随着館含量的增加，不镑钢耐 硫酸腐蚀性能显著提高。Mo是铁素体不镑钢中仅次于化的元素，同样可W提高钢的耐硫酸 腐蚀性能。因此为保证所开发铁素体不镑钢具有优异的耐硫酸腐蚀性能，采用高含量Cr并 添加 Mo后，钢中易形成α '、σ、X等金属间化合物，不仅降低钢的耐腐蚀性，而且降低钢的 初性、塑性、冷成形性和焊接性，故需要采用合适的工艺避免送些析出相的产生。因此，本发 明铁素体不镑钢的化质量含量限制在28~30%之间，Mo质量含量限制在2. 0~4. 0%之 间，同时 Cr+3. 3*Mo > 38%。
[0022] V;V是一种比较重要的微合金化元素，在合金钢中得到了较多应用，不镑钢中应 用较少。添加适量合金元素 V可W显著改善材料初性，提高材料的强度，其机理主要是 V(C，脚析出物的析出减少了晶界上大颗粒碳氮化物、σ相、X相等金属间相的析出，减少 位错运动阻力，避免位错塞积群顶端应力集中，从而提高材料的初性。因此本发明中添加了 0. 1 ~0. 3wt% 的 V。
[0023] Ni ;铁素体不镑钢中加入Ni,既可W改善钢的低温初性，又可W改善钢的耐硫酸 腐蚀性能，抑制硫酸的极化反应，保持纯化膜的稳定性和自修复能力。但Ni含量增加后材 料更易发生应力腐蚀开裂，同时Ni的价格较贵，因此综合考虑本发明中规定Ni含量控制在 1. 5 ~3. Owt %。
[0024] C、N ;C、N是铁素体不镑钢中有害且无法避免的元素，主要是由于C、N在铁素体中 的溶解度很低，容易和化反应，在晶界上析出Μ23&、化2N等，显著降低铁素体不镑钢的耐腐 蚀性能，恶化材料初性，同时使材料脆性转变温度上升。因此，必须通过冶炼尽量降低C、Ν 含量，并采用强碳氮化合物形成元素加 W固定。本发明中综合考虑工艺可行性和成本因素， 规定 C ;0. 002 ~0. 015wt%，Ν ;0. 002 ~0. 015wt%。
[00巧]Nb、Ti ;Nb、Ti与C、N具有很强的化合作用，通过形成稳定的灯i、Nb) (CN)化合物， 可防止形成化的C、N化合物，从而改善耐腐蚀性能。TiN作为形核质点增加了连铸昆中等 轴晶的比例，可W改善成型性能，TiN阻止焊接时的晶粒长大，从而改善焊缝力学性能。此 夕F，佩还可W细化铁素体不镑钢的晶粒，提高钢的初性，降低脆性转变温度。为此，本发明 添加了 0. 2~0. 5wt%的佩和0. 1~0. 3wt%的Ti，同时控制稳定化比Ti+Nb > 16(C+N)。
[0026] A1 ;铅是常用的脱氧元素，通常在铁素体不镑钢中铅为残余元素，一般控制在较低 的水平。但同时A1具有抗高温氧化、硫化的作用，一定含量A1